相似材料模型溫度場監(jiān)測試驗研究.pdf

1、論文題目：相似材料模型溫度場監(jiān)測試驗研究學(xué)科專業(yè)：采礦工程碩士生：宋軍(簽名)指導(dǎo)教師：柴敬(簽名)摘要地下工程建設(shè)或資源開發(fā)逐步向深部轉(zhuǎn)移，作為巖體賦存環(huán)境必要組成的溫度場已成為不可忽視的影響因素，隨著巖石力學(xué)研究的深入，巖體多場耦合問題也成為當(dāng)前領(lǐng)域的研究重點和熱點。相似材料模擬試驗是巖石力學(xué)傳統(tǒng)研究方法之一，廣泛應(yīng)用于邊坡、地質(zhì)、隧道、采礦等工程，但在相似材料模擬試驗發(fā)展過程中卻幾乎沒有考慮過溫度場的分布。探索相似材料模型溫度場的

2、監(jiān)測方法，建立模型的溫度場分布模型，有利于相似材料模擬試驗的有效性，更為復(fù)雜條件下巖石力學(xué)問題的解決提供輔助途徑。本文介紹了熱傳學(xué)理論和相似材料的熱學(xué)性質(zhì)，推導(dǎo)了模型溫度場溫度與模型含水率間的關(guān)系。設(shè)計了在恒溫條件下的模型試樣試驗，得到了模型干燥養(yǎng)護(hù)過程溫度場變化情況，為相似材料模擬平面模型和三維模型溫度場監(jiān)測提供了經(jīng)驗指導(dǎo)。引進(jìn)了基于拉曼散射和布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)，建立了分布式光纖測溫系統(tǒng)，并對其中分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的基

3、礎(chǔ)性能指標(biāo)進(jìn)行了測定，表明所采用的系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測模型溫度場。首次進(jìn)行了基于拉曼分布式光纖的相似材料模擬試驗溫度場監(jiān)測。通過對分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果分析，分別建立了平面模型和三維模型的溫度場分布模型。此外，還對分布式光纖測溫系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定和定位實驗。研究結(jié)果表明，分布式拉曼光纖實現(xiàn)了相似材料模型溫度場的分布式監(jiān)測。通過對模型干燥養(yǎng)護(hù)全過程的實時監(jiān)測，得出模型溫度場分布規(guī)律。建立了模型溫度場，得到了平面模型溫度場與模型干燥狀態(tài)

4、間的相互對應(yīng)關(guān)系，為相似材料模擬試驗的多場耦合研究提供了依據(jù)。借鑒模型試樣、平面模型溫度場和其干燥狀態(tài)間的對應(yīng)關(guān)系，利用三維模型溫度場分布規(guī)律推測了模型的干燥狀態(tài)。對模型溫度場進(jìn)行深入分析，為模型變形測試提供了更精確的溫度補(bǔ)償技術(shù)。關(guān)鍵詞：模型溫度場；相似材料模擬試驗；模型干燥；模型熱學(xué)性能；分布式光纖；溫度補(bǔ)償研究類型：應(yīng)用基礎(chǔ)研究本文得到國家自然科學(xué)基金項目（41027002）的資助。Subject：Experimentalstud

5、yoftemperaturefieldmonitinginsimilarmaterialmodelSpecialty：MiningEngineeringName：SongJun(Signature)Instruct：ChaiJing(Signature)ABSTRACTThetemperaturefieldisanessentialcomponentintherockmassexistingenvironmentwiththeunder

6、groundconstructionresourceexploitationshiftintothedepthsitbecameaninneglectablefactinrockmechanicsresearchwhichmadetherockmassmultifieldcouplingissueahotspotinthisarea.Thesimilarmaterialmodeltestistheconventionalmethodof

7、rockmechanicsthatwaswidelyusedtoslopegeologytunnelingminingengineering.Butinthemodeltestthedistributionoftemperaturefieldhadbeenbarelyconsidered.Therefeindertoestablishamonitingsystemoftemperaturefieldtodiscoverthetemper

8、aturedistributioninthesimilarmaterialmodelnotonlyisbeneficialtothevalidityofmodeltestbutalsoprovideanapproachtosolvetherockmechanicsrockengineeringproblemundercomplexmultifieldcouplingsituation.Thispaperintroducedamoniti

9、ngmethodoftemperaturefielditssysteminthemodelteststudy.Adistributionrelationoftemperaturefieldmoisturecontentwasderivedbasedontheheattransfertheythermalpropertiesofsimilarmaterial.Asimilarmaterialspecimentestwascarriedou

10、ttoobtainthetemperaturehistyinthecuringprocessofmodelconstructionwhichlayafoundationfthetemperaturemonitinginthemodeltest.ThedistributionopticalfibersensingofRamanscatteringtechnologywereintroducedtobuildthetemperaturemo

11、nitingsystemofdistributionopticalfibersensing.Thebasicperfmanceindexedofthismonitingsystemwerecalibratedatfirstitshowsthatthesystemissuitableftemperaturemeasuring.WhereafteraDOFSbasedtemperaturemonitingsystemwasimplement

12、edintoasimilarmaterialmodeltesttherewerebuiltaplainastereomodel.Befethetestademarcationexperimentoftheopticalfibersystemwascarriedout.ThestudyshowsthattheRamanscatteringbaseddistributedopticalfibersensingrealizesthetempe